研究揭示早期凋亡細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)加速現(xiàn)象及機(jī)理

細(xì)胞凋亡是一類程序性細(xì)胞死亡，它在胚胎發(fā)育、組織形成、體內(nèi)細(xì)胞平衡甚至癌癥發(fā)生以及治療過程中都扮演著重要角色。凋亡不僅需要大量信號(hào)分子的調(diào)控，也伴隨著大量細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變，例如細(xì)胞收縮，細(xì)胞核凝聚，出泡及凋亡小體的形成。不論信號(hào)分子在細(xì)胞內(nèi)不同位點(diǎn)的傳遞，還是細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、重排，都需要細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的參與。

盡管在過去的40年間，人們已針對(duì)凋亡的分子信號(hào)通路等生物學(xué)特征開展了深入研究，然而一直缺乏對(duì)于凋亡細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)等物理特征的了解。最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心軟物質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王鵬業(yè)研究組博士生李波，在研究員王鵬業(yè)和副研究員李輝的指導(dǎo)下，利用單分子熒光追蹤技術(shù)研究并量化了細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)（圖1），發(fā)現(xiàn)在早期凋亡細(xì)胞內(nèi)（通過抗癌藥物順鉑等導(dǎo)致細(xì)胞凋亡），由馬達(dá)蛋白參與的定向運(yùn)輸動(dòng)力學(xué)明顯提高（圖2）。通過檢查一系列相關(guān)因素，最終發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)提高主要由于凋亡細(xì)胞內(nèi)的ATP濃度提高（圖3）。為了進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)運(yùn)加速對(duì)于細(xì)胞凋亡的意義，研究者通過調(diào)節(jié)滲透壓將細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)降低至正常水平，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡的進(jìn)程發(fā)生延遲，死亡細(xì)胞比例明顯下降（圖4），由此證明轉(zhuǎn)運(yùn)加速對(duì)于凋亡進(jìn)程至關(guān)重要。

該研究**觀察到凋亡細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)加速現(xiàn)象，從物理視角解釋了細(xì)胞內(nèi)動(dòng)力學(xué)對(duì)于凋亡生物功能的重要意義。并且，該工作發(fā)現(xiàn)了一種通過細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)來(lái)調(diào)控凋亡進(jìn)程的方法，未來(lái)或可用于開發(fā)新的腫瘤治療策略。此外，可將細(xì)胞內(nèi)動(dòng)力學(xué)的升高作為檢驗(yàn)細(xì)胞進(jìn)入早期凋亡的物理標(biāo)志，提供了一種檢測(cè)細(xì)胞早期凋亡的方法，或可用于觀察新型抗癌藥物對(duì)于癌細(xì)胞的作用。

這一研究成果發(fā)表在最近的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。該工作得到國(guó)家科學(xué)基金委、科技部和中科院的資助。